2025年高考二轮复习化学大题突破练2　化学实验综合题3

大题突破练(二)化学实验综合题学生用书P3061.(2024·山东德州二模)氢化铝钠(NaAlH4)是有机合成中重要的还原剂。实验室以无水四氢呋喃为溶剂,AlCl3和NaH为反应物,在无水无氧条件下制备NaAlH4。已知:①二苯甲酮(沸点305℃)作指示剂,在有水体系中无色,在无水体系中呈蓝色。②NaAlH4易溶于四氢呋喃(沸点66℃),难溶于甲苯(沸点110.6℃)。回答下列问题:(1)制备无水四氢呋喃(装置如图1,夹持及加热装置略)图1图2仪器A的名称为。实验开始,用N2排尽装置内的空气;打开活塞K,接通冷凝水并加热装置C至80℃,当观察到,关闭活塞K,在装置B中收集无水四氢呋喃。

(2)制备NaAlH4(装置如图2,搅拌、加热和夹持装置略)向三颈烧瓶中加入少量(质量可忽略)NaAlH4作催化剂,再加入50mL含4.80gNaH的四氢呋喃悬浊液;接通冷凝水,三颈烧瓶控温80℃,边搅拌边缓慢滴加50mL含5.34gAlCl3的四氢呋喃溶液,有白色固体析出;静置沉降,取上层清液,经一系列操作得到产品。①制备NaAlH4的化学方程式为

。

②图2装置存在的一处缺陷是。

③由上层清液获得NaAlH4的系列操作:加入甲苯,减压蒸馏→操作a,得粗产品→…→得较纯净的产品。减压蒸馏的馏出物为;操作a为。

(3)测定NaAlH4的产率将所得产品用足量无水乙醇、盐酸处理(杂质不反应),加热沸腾分离出Al3+,冷却后配成100mL溶液。量取5.00mL待测溶液、20.00mL0.1000mol·L1EDTA溶液于锥形瓶,调节pH并加热煮沸2min。冷却后用0.0500mol·L1醋酸锌标准溶液滴定剩余的EDTA,达终点时消耗标准溶液16.40mL。已知EDTA与Al3+、Zn2+均按1∶1反应,则NaAlH4的产率为。若量取EDTA溶液时滴定管尖嘴部分有气泡,放出溶液后气泡消失,则测定结果将(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

答案:(1)球形冷凝管溶液由无色变为蓝色(2)①4NaH+AlCl3NaAlH4+3NaCl②在球形冷凝管处没有干燥装置③四氢呋喃过滤(3)59%偏大解析:(1)仪器A的名称为球形冷凝管,二苯甲酮(沸点305℃)作指示剂,在有水体系中无色,在无水体系中呈蓝色,当观察到溶液由无色变为蓝色,关闭活塞K,在装置B中收集无水四氢呋喃。(2)①制备NaAlH4的化学方程式为4NaH+AlCl3NaAlH4+3NaCl;②制备NaAlH4需要在无水无氧条件下,图2装置存在的一处缺陷是在球形冷凝管处没有干燥装置;③NaAlH4是离子化合物,室温下为固体,沸点比四氢呋喃(沸点66℃)高,则减压蒸馏的馏出物为四氢呋喃,NaAlH4难溶于甲苯,减压蒸馏出四氢呋喃后,过滤可以得到NaAlH4粗产品。(3)由4NaH+AlCl3NaAlH4+3NaCl分析可知反应物NaH过量,5.34gAlCl3理论上可以产生NaAlH4的物质的量为5.34g133.5g·mol-1×54g·mol1=2.16g。已知EDTA与Al3+、Zn2+均按1∶1反应,5mL待测溶液中含有Al3+的物质的量为0.02L×0.1000mol·L10.0164L×0.0500mol·L1=0.00118mol,100mL5mL×0.00118mol×54g·mol2.(2024·广西北海一模)四氯化钛(TiCl4)是制取航天工业材料——钛合金的重要原料。实验室以TiO2和CCl4为原料制取液态TiCl4的装置如图所示(部分夹持装置省略)。①反应原理:TiO2(s)+CCl4(g)TiCl4(g)+CO2(g)。②反应条件:无水、无氧,加热。已知:有关物质的性质如表物质熔点/℃沸点/℃其他CCl42376与TiCl4互溶TiCl425136遇潮湿空气产生白雾,在550℃时能被氧气氧化回答下列问题:(1)装稀硫酸的仪器名称为。装置C处用热水浴的目的是。

(2)若没有装置F,则装置E中产生白雾的原因是

。

(3)实验开始时,缓慢滴入稀硫酸,能证明CO2已排尽装置中的空气的实验现象是。

(4)从E处产物中分离出TiCl4的实验方法是。

(5)根据表中提供的数据,分析CCl4、TiCl4的熔点均较低的原因是。

(6)TiCl4还可由TiO2、焦炭和氯气在加热条件下制得,生成体积比为2∶1的CO和CO2混合气体,反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶3,反应的化学方程式为。

答案:(1)分液漏斗让CCl4挥发,提供充足的CCl4气体与TiO2反应(2)TiCl4遇到从G中挥发出来的水蒸气发生水解,生成盐酸小液滴(3)装置G中有白色沉淀产生(4)蒸馏(5)CCl4、TiCl4形成的晶体都是分子晶体,分子间作用力小,熔点低(6)2TiO2+3C+4Cl22TiCl4+2CO+CO2解析:装置A利用稀硫酸与碳酸钠反应生成CO2将装置中的空气排尽,防止TiCl4被氧化;装置B中浓硫酸和干燥管中P2O5起干燥作用,防止生成的TiCl4遇潮湿空气变质;装置C中用热水浴使四氯化碳挥发,装置D中在加热条件下发生反应TiO2(s)+CCl4(g)TiCl4(g)+CO2(g),CCl4、TiCl4熔点较低,装置E应用冷水使这两种物质转化为液态,二者能互溶,应该采用蒸馏方法分离。(2)装置F中浓硫酸起干燥作用,若没有装置F,则装置E中产生白雾的原因是TiCl4遇到从G中挥发出来的水蒸气发生水解,生成盐酸小液滴。(3)CO2已排尽装置中的空气时,装置G中有白色沉淀产生。(4)CCl4、TiCl4熔点较低,在E中冷凝成液体,两者沸点不同,从E处产物中分离出TiCl4的实验方法是蒸馏。(6)TiCl4还可由TiO2、焦炭和氯气在加热条件下制得,生成体积比为2∶1的CO和CO2混合气体,根据电子得失守恒,反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶3,反应的化学方程式为2TiO2+3C+4Cl22TiCl4+2CO+CO2。3.(2024·广东大亚湾区1月联合模拟)氨基甲酸铵(H2NCOONH4)是一种重要的化工原料,可用于药物合成、制备化学肥料、灭火剂或洗涤剂等。某化学兴趣小组用如图所示装置制取氨基甲酸铵:已知:①制取氨基甲酸铵反应为2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)ΔH<0。②氨基甲酸铵溶于水后生成NH4HCO3和NH3·H2O。回答下列问题:(1)仪器甲的名称是;装置2的作用是除去CO2中的水蒸气,其盛装的试剂是。

(2)装置7是实验室制备氨气,其化学方程式为

。

(3)液体石蜡鼓泡瓶的作用是

。

(4)实验制得产品1.173g,其中可能含有碳酸氢铵杂质(不考虑碳酸氢铵与一水合氨之间的反应)。设计方案进行成分探究,请填写表中空格。限选试剂:蒸馏水、稀硝酸、CaCl2溶液、澄清石灰水、AgNO3溶液、稀盐酸。实验步骤预期现象和结论步骤1:取固体样品于试管中,加入蒸馏水至固体溶解得到无色溶液步骤2:向试管中继续加入足量澄清石灰水

步骤3:过滤、洗涤、后称量,沉淀质量为1.500g

证明样品中有碳酸氢铵通过计算,氨基甲酸铵的质量分数是(保留小数点后两位)。

[M(H2NCOONH4)=78g·mol1、M(NH4HCO3)=79g·mol1](5)氨基甲酸铵易分解,用如图所示装置测定25℃时该分解反应的化学平衡常数Kp,实验步骤如下:(Ⅰ)关闭K3,打开K1和K2,开启真空泵抽气至测压仪数值稳定后关闭K1。(Ⅱ)关闭K2,,读取压强数值。测得25℃时压强为12.0kPa。①请完善步骤(Ⅱ)的实验操作:。

②若步骤(Ⅰ)中测压仪数值未稳定即关闭K1,Kp测量值(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

答案:(1)长颈漏斗浓硫酸(2)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O(3)通过观察气泡,调节NH3与CO2的通入比例(4)产生白色沉淀干燥79.80%(5)①缓慢开启K3至U形管两边液面相平并保持不变②偏大解析:根据题中已知反应,制取氨基甲酸铵需要二氧化碳和氨气,又由于氨基甲酸铵易分解、易吸水,所以二氧化碳和氨气必须干燥,且在低温环境中反应,根据实验室制取二氧化碳和制氨气的原理,装置1中为碳酸钙和盐酸混合制二氧化碳的反应,经过装置2中浓硫酸干燥二氧化碳,装置7中为固体加热制氨气,装置6中碱石灰干燥氨气,干燥的氨气和二氧化碳分别通过装置5、3的液体石蜡鼓泡瓶控制反应物的用量,在装置4三颈烧瓶中发生反应制取氨基甲酸铵,尾气为氨气和二氧化碳,其中氨气有毒,在a处接酸液进行吸收处理。(1)装置2的作用是除去CO2中的水蒸气,其盛装的试剂是浓硫酸。(2)装置7中氯化铵和消石灰反应制备氨气。(3)液体石蜡鼓泡瓶的作用是通过观察气泡,调节NH3与CO2的通入比例。(4)澄清石灰水与碳酸氢根离子反应生成碳酸钙沉淀,过滤、洗涤、干燥后称量,沉淀质量为1.500g,样品与足量石灰水充分反应,碳元素全部转化为碳酸钙,所以氨基甲酸铵和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和一水合氨,反应的方程式为H2NCOONH4+Ca(OH)2+H2OCaCO3↓+2NH3·H2O;设碳酸氢铵为xmol,氨基甲酸铵为ymol,由样品总质量可得:79xg+78yg=1.173g,又因为n(CaCO3)=0.015mol,由碳原子守恒可得:xmol+ymol=0.015mol,解得x=0.003,y=0.012,则m(H2NCOONH4)=0.012mol×78g·mol1=0.936g,则氨基甲酸铵的质量分数为0.936g1.173(5)②若步骤(Ⅰ)中测压仪数值未稳定即关闭K1,则体系中的空气未被完全抽空,导致测量的压强偏大,则Kp测量值偏大。4.(2024·甘肃二模)草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)是一种黄色难溶于水可溶于稀硫酸的固体,具有较强还原性,受热易分解,是生产电池、涂料以及感光材料的原材料。某化学活动小组分别设计了相应装置进行草酸亚铁的制备及其性质实验。回答下列问题:Ⅰ.制备草酸亚铁晶体(装置如图所示)(1)从b中获得产品的操作为、、过滤、洗涤、干燥。

(2)实验过程:先打开K1和K3,待a中反应一段时间后,需要对开关进行的操作为。

Ⅱ.草酸亚铁晶体热分解产物的探究(3)盛放无水硫酸铜的装置a的名称为。

(4)装置C的作用为。

(5)从绿色化学考虑,该套装置存在的明显缺陷是

。

(6)实验结束后,E中黑色固体变为红色,B、F中澄清石灰水变浑浊,a中无水硫酸铜变为蓝色,A中硬质玻璃管中残留FeO,则A处反应管中发生反应的化学方程式为

。

Ⅲ.运用热重分析法推测产物称取54.0g草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)加热分解,得到剩余固体质量随温度变化的曲线如图所示:(7)已知B点时,固体只含有一种铁的氧化物,根据上图可知B点固体物质的化学式为。

答案:(1)蒸发浓缩冷却结晶(2)打开K2、关闭K3(3)球形干燥管(4)吸收二氧化碳(5)缺少处理尾气CO装置(6)FeC2O4·2H2OFeO+2H2O+CO2↑+CO↑(7)Fe3O4解析:Ⅰ.制备草酸亚铁晶体的具体操作为:组装好装置后,检验装置的气密性,添加试剂后,先打开K1和K3,将一定量稀硫酸加入a瓶后再关闭K1,让a瓶中反应先进行一段时间以排除空气,进行上述操作的同时关闭K2,一段时间后,打开K2关闭K3,将A装置中的硫酸亚铁溶液导入装置B中。Ⅱ.装置A为草酸亚铁晶体分解,利用无水硫酸铜检验水蒸气,B装置检验二氧化碳,C装置吸收二氧化碳,D装置干燥气体,E装置检验CO,F装置检验二氧化碳。(1)b装置中硫酸亚铁和草酸铵反应生成草酸亚铁,经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到FeC2O4·2H2O晶体。(2)反应一段时间后,打开K2关闭K3,将a装置中的硫酸亚铁溶液导入装置b中。(4)C中盛放NaOH溶液,作用是吸收二氧化碳。(5)反应会产生CO,明显缺陷是缺少处理尾气CO装置。(6)FeC2O4·2H2O受热分解,E中黑色固体变为红色,说明有Cu单质生成,B、F中澄清石灰水变浑浊,说明有CO2和CO生成,a中无水硫酸铜变为蓝色,说明有H2O生成,A中硬质玻璃管中残留FeO,则A处反应管中发生反应的化学方程式为FeC2O4·2H2OFeO+2H2O+CO2↑+CO↑。(7)n(FeC2O4·2H2O)=54.0g180g·mol-1=0.3mol,n(Fe)=n(FeC2O4·2H2O)=0.3mol,B点时固体产物只含一种铁的氧化物,m(Fe)=0.3mol×56g·mol1=16.8g,m(O)=23.2g16.8g=6.4g,n(O)=0.4mol,n(Fe)∶n(O)=0.3mol∶0.5.(2024·山东济宁三模)Pb(CH3COO)4(四乙酸铅,摩尔质量为443g·mol1)是有机合成中常用的氧化剂,为无色晶体,易溶于热的冰醋酸,在冷溶液中溶解度较小,遇水易分解。通常由Pb3O4与(CH3CO)2O在乙酸中反应制得,涉及的反应有:Pb3O4+4(CH3CO)2OPb(CH3COO)4+2Pb(CH3COO)22Pb(CH3COO)2+Cl2Pb(CH3COO)4+PbCl2↓制备过程如下:步骤Ⅰ.如图在三颈烧瓶中加入冰醋酸和醋酸酐,混合均匀,加热至65℃,搅拌下分多次加入Pb3O4,维持温度65℃,搅拌至固体完全溶解,充分反应。步骤Ⅱ.自然冷却到室温,有大量无色晶体析出,将固液混合物转移到布氏漏斗,并用纸板或陶瓷片进行覆盖,抽滤,真空干燥,得四乙酸铅粗品。步骤Ⅲ.过滤得到的母液再倒入三颈烧瓶中,加热到80℃,搅拌下通入干燥氯气,观察到现象1时,停止通氯气,趁热过滤,滤液冷却结晶,抽滤,真空干燥,得四乙酸铅粗品。步骤Ⅳ.取步骤Ⅱ和Ⅲ的粗品用冰醋酸重结晶,得纯净四乙酸铅晶体。回答以下问题:(1)步骤Ⅰ采用的加热方式为。

(2)步骤Ⅱ中,抽滤时,用纸板或陶瓷片进行覆盖的原因是

。

(3)步骤Ⅲ中,需要的仪器如下图所示,按气流从左到右的方向,仪器的连接顺序为

(填仪器接口的小写字母),干燥管中碱石灰的作用是

,步骤Ⅲ中现象1为。

(4)若步骤Ⅰ中加入0.1molPb3O4,步骤Ⅰ实验结束理论上可生成Pb(CH3COO)4的质量为。

(5)Pb(CH3COO)4的纯度测定。组装仪器如图,取10.0g样品,溶于氯仿,放入三颈烧瓶,通N2一段时间后,连接干燥管,向三颈烧瓶中滴入足量HCOOH,充分反应,再次通N2一段时间,目的是;实验前后,干燥管Ⅰ质量增加0.88g,则样品的纯度为。

答案:(1)水浴加热(2)防止四乙酸铅接触空气中的水分而分解(3)cdefgabh(i)吸收未反应的氯气,防止空气中的水蒸气进入三颈烧瓶三颈烧瓶中不再有沉淀生成(4)88.6g(5)保证产生的CO2被干燥管Ⅰ中碱石灰完全吸收88.6%解析:由题意可知,该实验原理是在乙酸作用下四氧化三铅与乙酸酐在水浴加热条件下反应生成二乙酸铅和四乙酸铅,反应所得溶液经冷却、过滤得到四乙酸铅粗品和含有二乙酸铅